CHAPITRE II

Lumière électrique dans les gaz raréfiés ou échauffés*

— Arc voltaïque.

§ 1. Lumière dans les gaz raréfiés.

La pression des gaz ou des vapeurs au milieu desquels les étincelles éclatent a une grande influence sur les effets obtenus. Non-seule-

ÉLECTRICITÉ

ment la quantité d’électricité nécessaire pour produire une étincelle d’une longueur constante est sensiblement proportionnelle à la pression du gaz, entre certaines limites bien entendu , mais en outre, s’il faut moins d’électricité pour produire une longue étincelle dans des gaz raréfiés, la lumière électrique donne de grandes aigrettes ou même des lueurs comme l’œuf électrique en offre un exemple.

Cet appareil, qui sera représenté plus loin, fig. 23, se compose d’un ballon de forme ovoïde, dans lequel on peut raréfier l’air à volonté. Deux tiges terminées par des boules passent à frottement dans des boîtes à cuir fixées aux deux extrémités amincies de l’appareil. En mettant une des tiges en communication avec le conducteur d’une machine et l’autre avec le sol, si le vide est fait dans le ballon et qu’on opère dans l’obscurité, on voit un globe de feu de teinte bleuâtre ayant la forme du vase et qui va d’une sphère conductrice à l’autre. Si on fait rentrer un peu d’air, la teinte est plus vive, mais l’espace lumineux est moins grand ; avec une pression intérieure plus forte, on aperçoit des coruscations

ou des aigrettes allant d’une houle à l’autre ; enfin, avecl’airàla pression ordinaire, si les boules sont suffisamment près, il se produit des étincelles.

Le tube vide employé aussi ordinairement dans les cours de physique présente des effets analogues. On peut également se servir de l’appareil nommé double baromètre représenté ci-contre, fig. 22.

et qui montre la lueur produite par suite du passage de l’électricité au travers du vide barométrique dans une partie courbe B.

En examinant au microscope les étincelles qui s’échappent entre une pointe en platine et une lame métallique oscillante d’un appareil d’induction, étincelle provenant du courant d’induction luimême, on remarque que la pointe devient successivement lumineuse et obscure, suivant la direction imprimée au courant; la pointe est lumineuse quand l’électricité négative débouche

SOURCES DE LUMIÈRE

par son extrémité ; quand on excite l’étincelle entre deux fils de fer trèsfins, on trouve également que le fil de fer négatif seul rougit et brûle. Si l’on observe ces effets dans cette circonstance, il y a des conditions, comme nous allons le voir, où le pôle positif est aussi lumineux et l’est même davantage que le pôle négatif. En outre, le transport des matières du pôle + au pôle — est intimement lié au mouvement de l’électricité, puisqu’il s’observe également lors du passage des courants électriques au travers des liquides.

Cette inégalité d’intensité lumineuse et de coloration aux deux pôles des appareils d’induction est très-curieuse, en ce qu’elle montre les différences produites suivant le sens du courant ; on peut les obtenir avec beaucoup d’intensité en opérant avec l’appareil d’induction de M. Ruhmkorff, et on peut même suivre ce passage de la succession des étincelles à l’arc voltaïque en approchant graduellement les deux conducteurs qui terminent le fil parcouru parle courant d’induction depuis quelques millimètres où les étincelles se produisent jusqu’à un millimètre ou un demi-millimètre dans l’air où leur succession est si rapide qu’elles constituent un arc; en même temps les effets de chaleur, de fusion et de transport commencent à se manifester.

Lorsqu’on opère dans les gaz raréfiés, l’arc peut se produire, à une distance assez grande. Pour cela, on dispose sur la platine d’une machine pneumatique un œuf électrique contenant deux boules en cuivre, C, B, fig. 23, et l’on peut raréfier plus ou moins le gaz intérieur; les deux boules métalliques sont mises en communication avec les extrémités du fil donnant le courant par induction , et par conséquent peuvent être rendues successivement positives ou négatives.

Si après avoir fait le vide à 1 ou 2 millimètres de pression on établit la communication entre les tiges et l’appareil , on voit l’arc s’établir aussitôt, même lorsque les boules sont à 2 ou 3 décimètres de distance. En outre, la boule négative G et la tige à laquelle elle est attachée sont entourées d’une auréole lumineuse bleuâtre , la boule positive B est le point de départ d’une gerbe couleur violette-rougeâtre. L’effet est d’autant plus beau et la gerbe plus large, que le vide fait avec la machine est plus parfait; jusqu’à une certaine limite

Fig. 23.

ÉLECTRICITÉ

bien entendu, car avec des tubes vides, ou du moins dans lesquels les gaz sont raréfiés autant que possible, l’électricité ne serait plus transmise, comme on Ta déjà énoncé page 168, et l’on ne verrait plus aucune trace lumineuse. La conductibilité du gaz n’augmente donc, lors de la diminution de pression, que jusqu’à une certaine limite, au-delà de laquelle cette conductibilité décroît de façon à devenir nulle dans le vide. Si l'air rentre peu à peu dans l’appareil, l’arc devient d’un moindre diamètre, et la boule négative n’est plus entourée d’une auréole bleuâtre ; enfin, l’électricité peut cesser de passer si lapression intérieure vient à augmenter. La différence dans la manière dont se manifestent les effets lumineux aux deux pôles est frappante.

Lorsque, dans cette expérience, on fait varier la nature des milieux raréfiés , il se produit un phénomène extrêmement remarquable : en mettant dans l’appareil de la vapeur d’essence de térébenthine, puis en raréfiant le gaz avec le plus grand soin, au moment où l’on établit la communication entre l’appareil d’induction et les conducteurs G et B, l'intervalle qui se trouve entre les deux boules paraît lumineux, mais il est séparé en strates perpendiculaires à la ligne qui joint les boules, c’est-à-dire en strates horizontales d’après la disposition de l’appareil; ces strates sont d’autant plus séparées que le vide est mieux fait. Le phénomène cesse quand il a duré pendant quelques instants; il se renouvelle en introduisant de nouveau de la vapeur d’essence. Est-ce une polarité des particules d’essence très-raréfiées qui se manifeste? On ne peut répondre quant à présent à cette question , malgré les nombreuses recherches qui ont été faites, et ce point exige de nouvelles expériences pour être éclairci (1).

Les effets lumineux produits par les décharges électriques dans les milieux raréfiés peuvent être observés dans des tubes de verre fermés à la lampe et remplis préalablement des gaz sur lesquels on opère. Des conducteurs, généralement en platine, soudés aux deux extrémités pénètrent dans ces tubes et permettent à l’électricité de passer dans leur intérieur.

M. Geisslerad’abord construit des tubes de ce genre de différentes formes, etdepuis on a beaucoup varié leurs dispositions et leurs dimensions ; les effets que l’on peut produire sont aussi très-différents , car en mêm, temps que les gaz plus ou moins raréfiés donnent des teintes et des in-

(1) Ann. de chim. et de physique , 4e série, t. 8, p. 437, 1866.

SOURCES DE LUMIÈRE

tensités lumineuses diverses, et que des stratifications apparaissent plus ou moins larges et plus ou moins brillantes, les verres dont sont formés les tubes prennent des teintes bleuâtres ou verdâtres, suivant leur nature, en présentant des effets de phosphorescence qui seront analysés dans le livre suivant. Les verres d’urane surtout donnent une lumière verle très-vive ; suivant l’habileté du souffleur de verre, on peut produire

des effets très-variés quand ces tubes sont illuminés dans l’obscurité à l’aide d’un appareil d’induction.

Lorsque ces tubes renferment de l’air atmosphérique, ils donnent les belles teintes purpurines de l’azote; avec l’acide carbonique, les hydrogènes carbonés, les tons lumineux sont verdâtres et blanchâtres; les autres gaz donnent des teintes qui dépendent de leur nature et de l’intensité des décharges. On a même proposé de se servir de tubes très-étroits, vivement illuminés à l'intérieur, pour éclairer dans certains cas spéciaux, comme par exemple pour remplacer les lampes des mineurs; on reviendra sut ce sujet dans le livre VI.

Le tube représenté ici, fig. 36, est composé d’une enveloppe en verre ordinaire et d’une partie centrale formée de petites sphères en verre d’urane. Lorsque ce tube ne renferme que de l’air raréfié, les décharges électriques en traversant à l’intérieur des sphères, donnent à celles-ci une lumière verte trèsvive, tandis qu’elles ne produisent dans les parlies centrales que des nuances rougeâtres et violettes ; à l’extrémité négative, on aperçoit une teinte bleue, et près du conducteur positif aboutissent les gerbes rougeâtres qui illuminent l’appareil. L’intérieur offre des stratifications semblables à celles dont il a été question plus haut.

Du reste, on indiquera plus loin différentes dispositions nécessaires pour l’analyse de la lumière produite par le passage de l’électrité dans les gaz raréfiés ainsi que pour l’observation de phénomènes Fi„. ;>6. particuliers qui peuvenUse présenter.

ÉLECTRICITÉ

§ 2. Arc voltaïque.

Quand on emploie des conducteurs en charbon de cornue pour conduire le courant électrique provenant d’une pile puissante, on observe au moment du contact de ces conducteurs une émission de lumière d’une vivacité extraordinaire et des effets calorifiques supérieurs à ceux que Ton peut produire par tous les autres moyens physiques, si ce n’est par les décharges électriques obtenues à l’aide des condensateurs. Davy est le premier qui ait fait cette expérience remarquable, que l’on répète facilement aujourd’hui avec une pile de 40 à 50 éléments à acide nitrique.

On peut observer le phénomène dans l’air ou dans le vide. Les appareils destinés à la production de l’arc sont représentés fig. 24 et 25.

Dans le premier appareil, fig. 24, les tiges de cuivre AB, A'B', mises en communication avec les pôles de la pile, contiennent des baguettes en charbon de cornue aetù, entrant à frottement dans des tubes en cuivre B et B'. La tige supérieure peut se mouvoir à frottement pour amener le contact entre les charbons et pour pouvoir les séparer immédiatement après.

Quand les deux tiges communiquent avec les pôles de la pile, si les charbons sont à une certaine distance l’un de l’autre, le circuit n’est pas fermé et l’électricité ne passe pas; mais une fois les deux cônes de charbon en contact, il se manifeste aux points où ils se touchent une incandescence excessivement vive , et l’on peut les éloigner graduellement l’une de l’autre jusqu’à plusieurs centimètres, suivant le nombre des éléments de la pile. Le courant continue alors à passer, et un globe de flamme auquel on a donné le nom d’arc voltaïque apparaît entre les cônes. Cet arc ne reste pas fixe et est continuellement agité; on doit le considérer comme une succession non interrompue d’étincelles, ou, si l’on veut, comme un courant électrique transmettant dans l’intervalle des deux cônes en charbon des parcelles de

SOURCES DE LUMIÈRE

carbone incandescentes. Ce qui montre bien que cet arc est dû à un courant électrique établi à l’aide de particules matérielles, c’est qu’il obéit â l’action d’un aimant, de même que les fils métalliques parcourus par l’électricité.

Quand l’expérience dure depuis quelques instants , en même temps que ce phénomène se produit il y a combustion du charbon, la distance ab augmente, et l’arc est bientôt rompu, à moins que l’on ne rapproche les tiges métalliques. Dans le vide il n’en est pas ainsi. L’appareil destiné à produire alors l’arc voltaïque est un œuf électrique , fig. 25, dans les douilles duquel passent les tiges ÀB, A'B'. La tige A'B'

est fixe, mais AB glisse à frottement à la partie supérieure de l’appareil. Quand le courant circule entre les cônes en charbon a et b , on observe le même phénomène que dans l’air, mais l’arc est plus long, et il n’y a pas combustion du charbon. On remarque seulement que le cône en charbon communiquant avec le pôle positif se creuse , tandis que celui qui communique avec le pôle négatif augmente à son extrémité. Lorsque l’on veut entretenir constant l’arc voltaïque formé dans l’air, il faut donc avoir recours aux régulateurs photo-électriques c’est-à-dire aux appareils du genre de ceux dont on a parlé antérieurement pages 114 et 116, ou bien faire usage du régulateur qui a été imaginé par M. Foucault (1) , et à l’aide duquel le rapprochement et l’écartement des charbons polaires s’opère automatiquement d’une manière indépendante.

La longueur de l’arc voltaïque dépend de l’intensité du courant électrique , c’est-à-dire du nombre de couples dont on fait usage. Despretz, dans des expériences faites avec une pile de 600 éléments, a vu que cette longueur pouvait aller jusqu’à 18 centimètres; entre cette limite et celle de quelques millimètres se trouvent les longueurs d’arc fournis par les piles moins puissantes. Si au lieu d’électrodes en charbon on se sert d’électrodes métalliques , alors la longueur comme la

(1) Comptes rendus deVAcad. des Sciences, t. 61, p. 1148, 1865. ,

ÉLECTRICITÉ

couleur de l’arc peut subir de grandes modifications, ainsi que cela résulte des observations de M. Delarive (1).

Si l’on étudie la distribution de la lumière dans Tare voltaïque , elle se trouve inégalement répartie , et vers les pôles elle est beaucoup plus vive qu’au milieu des conducteurs ; le pôle positif est le plus brillant; aussi la puissance lumineuse de cet arc est-elle due, pour la plus grande partie, à l’irradiation des pointes en charbon et non pas à la flamme qui les entoure.

En général, l’intensité lumineuse augmente peu quand on augmente le nombre des éléments de la pile, mais elle croît rapidement quand on augmente la surface des couples, ou, si l’on veut, la quantité d’électricité. Ainsi, avec la pile de 600 éléments citée plus haut, lorsque ces éléments ont été disposés bout à bout, l’intensité lumineuse a cru de 50 à 100 éléments et de 100 à 600, mais d’une manière peu considérable; au contraire, quand les éléments ont été réunis en quantité, demanière à doubler, à tripler, etc., leür surface, l’accroissement de l’énergie lumineuse a été' alors fort appréciable ; 200 éléments mis en deux séries parallèles de 100 éléments chacune ont éclairé à peu près deux fois plus que 100 éléments simples, et ainsi successivement jusqu’à 600 éléments disposés en six séries parallèles de 100.

On a vu dans le livre III, page 118, quelle était la quantité totale de lumière que pouvait donner l’arc voltaïque dans les conditions ordinaires, par conséquent je n’y reviendrai pas; je rappellerai seulement qu’avec une pile de 60 à 80 éléments on peut avoir une quantité de lumière équivalente à 1,000, à 1,500 bougies, et qu’en employant soit des piles, soit des machines magnéto-électriques, et en augmentant la quantité d’électricité mise en jeu, on augmenterait la quantité de lumière.

L’arc voltaïque est donc une des sources lumineuses les plus vives que nous puissions produire ; elle ne le cède peut-être qu’aux décharges électriques, mais dont on n’a pas encore étudié les effets sous ce point de vue. Son éclat est moindre que celui du soleil, et l’on verra dans la deuxième partie de cet ouvrage comment on peut comparer les effets chimiques que produisent ces différentes sources de lumière.

(1) Comptes rendus de VAcad. des Sciences, t. 60, p. 1002.

SOURCES DE LUMIÈRE